強烈推薦 ibireme 大神的文章深入理解RunLoop

Runloop源碼地址

關(guān)于 Runloop 夕冲，盡管早就知道它的本質(zhì)實現(xiàn)是一個循環(huán)际歼，但筆者還是一直很困惑它的作用是什么 潭陪，不過最近整理相關(guān)知識總算是理解了青扔。

代碼的執(zhí)行邏輯是自上而下的锅纺，如果沒有 Runloop 弱卡，代碼執(zhí)行完畢后峦阁，程序就退出了辆飘，對應(yīng)到實際場景就是 APP 一打開立馬就退出了龄捡。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        NSLog(@"程序執(zhí)行中...");
    }
    return 0;
}
// log
程序執(zhí)行中...
Program ended with exit code: 0

例如上面的代碼卓嫂，代碼執(zhí)行完畢后，main 函數(shù)返回聘殖，然后程序退出晨雳。

為什么工作中，好像沒有編寫 Runloop 相關(guān)的代碼奸腺，程序還是能夠穩(wěn)定持續(xù)運行呢餐禁？

int main(int argc, char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

這是因為程序自動幫我們在 UIApplicationMain… 中做了這個事情。

下面來看看 Runloop 的簡化的偽代碼突照，主要來自 sunnyxx 大神的一次視頻分享：

function loop() {
    do {
        有事干了 = 我睡覺了沒事別找我()帮非；
        if (搬磚) {
            搬磚()；
        } else if (吃飯) {
            吃飯()讹蘑；
        }
    } while (活著)
}

這個偽代碼看著還是有一點抽象末盔，需要了解的一個知識點是線程和 RunLoop 之間是一一對應(yīng)的，這里的睡覺了可以理解為線程休眠 [NSThread sleepUntilDate:...]]座慰，也就是說當(dāng)應(yīng)用沒有任何事件觸發(fā)時陨舱，就會停在睡覺那行代碼不執(zhí)行，這樣就節(jié)約了 CPU 的運算資源版仔，提高程序性能游盲，直到有事件喚醒應(yīng)用為止。例如上面的搬磚事件蛮粮，吃飯事件益缎。處理完后，又會進入睡覺狀態(tài)直到下次喚醒蝉揍，反復(fù)循環(huán)，這樣就保證了程序能隨時處理各種事件并能夠穩(wěn)定運行畦娄。

實際上觸摸事件又沾、屏幕 UI 刷新弊仪、延遲回調(diào)等等都是 Runloop 實現(xiàn)的。

Runloop 的結(jié)構(gòu)
先來看看 Runloop 的結(jié)構(gòu)源碼：

struct __CFRunLoop {
    pthread_t _pthread;
    CFMutableSetRef _commonModes;     
    CFMutableSetRef _commonModeItems;
    CFRunLoopModeRef _currentMode;
    CFMutableSetRef _modes;
    // ...
};

這里包含一個線程的成員變量 _pthread杖刷，可以看出 Runloop 確實和線程是息息相關(guān)的励饵。還能看到 Runloop 擁有很多關(guān)于 Model 的成員變量，再來看看 Model 的結(jié)構(gòu)：

struct __CFRunLoopMode {
    CFStringRef _name;
    CFMutableSetRef _sources0;
    CFMutableSetRef _sources1;
    CFMutableArrayRef _observers;
    CFMutableArrayRef _timers;
    // ...
};

先不管這些東西是干什么的滑燃，至少我們現(xiàn)在能夠得出如下圖所示的理解：

image

一個 Runloop 中包含若干個 Model 役听，每個 Mode 又包含若干個 Source/Timer/Observer。

Runloop 的 Model
Model 代表 Runloop 的運行模式表窘，Runloop 每次只能指定一個 Model 作為 _currentMode 典予，如果需要切換 Mode，只能退出當(dāng)前 Loop乐严，再重新選擇一個 Mode 進入瘤袖。主線程的 Runloop 這里有兩個預(yù)置的模式 ，并且這也是系統(tǒng)公開的兩個 Model：

kCFRunLoopDefaultMode：APP 的普通狀態(tài)昂验，通常主線程是在這個Mode下運行捂敌，已被標(biāo)記為 Common。
UITrackingRunLoopMode：App 追蹤觸摸 ScrollView 滑動時的狀態(tài)既琴，保證界面滑動時不受其他 Mode影響占婉，已被標(biāo)記為 Common。
注意 Runloop 的結(jié)構(gòu)中有一個 _commonModes 甫恩。這里是因為一個 Mode 可以將自己標(biāo)記為 Common （通過將其 ModeName 添加到 RunLoop 的 commonModes 中 ）逆济，標(biāo)記為 Common 的 Model 都可以處理事件，可以理解為變相的實現(xiàn)了多個 Model 同時運行填物。同時系統(tǒng)也提供了一個操作 Common 標(biāo)記的字符串->kCFRunLoopCommonModes纹腌。如果我們想要上面兩種模式下都能處理事件，就可以使用這個字符串滞磺。

Model 中的 Item
Source/Timer/Observer 被統(tǒng)稱為 mode item升薯，不同 Model 的 Source0/Source1/Timer/Observer 被分隔開來，互不影響击困，如果 Mode 里沒有任何Source0/Source1/Timer/Observer涎劈，RunLoop 會立馬退出。

Source
Source 是事件產(chǎn)生的的地方阅茶，它對應(yīng)的類為 CFRunLoopSourceRef蛛枚。Source 有兩個版本：Source0 和 Source1。

Source0 只包含了一個回調(diào)（函數(shù)指針）脸哀，它并不能主動觸發(fā)事件蹦浦。
Source1 包含了一個 mach_port 和一個回調(diào)（函數(shù)指針），被用于通過內(nèi)核和其他線程相互發(fā)送消息撞蜂。這種 Source 能主動喚醒 RunLoop 的線程盲镶。例如屏幕觸摸侥袜、鎖屏和搖晃等。
Timer
Timer 對應(yīng)的類是 CFRunLoopTimerRef溉贿，它其實就是 NSTimer枫吧，當(dāng)其加入到 RunLoop 時，RunLoop會注冊對應(yīng)的時間點宇色，當(dāng)時間點到時九杂，RunLoop會被喚醒以執(zhí)行那個回調(diào)。

Observer
Observer 對應(yīng)的類是 CFRunLoopObserverRef宣蠕，當(dāng) RunLoop 的狀態(tài)發(fā)生變化時例隆，觀察者就能通過回調(diào)接受到這個變化≈灿埃可以觀測的時間點有以下幾個：

typedef CF_OPTIONS(CFOptionFlags, CFRunLoopActivity) {
    kCFRunLoopEntry         = (1UL << 0), // 即將進入Loop
    kCFRunLoopBeforeTimers  = (1UL << 1), // 即將處理 Timer
    kCFRunLoopBeforeSources = (1UL << 2), // 即將處理 Source
    kCFRunLoopBeforeWaiting = (1UL << 5), // 即將進入休眠
    kCFRunLoopAfterWaiting  = (1UL << 6), // 剛從休眠中喚醒
    kCFRunLoopExit          = (1UL << 7), // 即將退出Loop
};

Runloop 的內(nèi)部邏輯

打開開頭的 Runloop 的源碼裳擎，面對眾多代碼，讓人毫無頭緒思币，但是前文中已經(jīng)講到鹿响，屏幕的觸摸事件是 Runloop 來處理的。于是打個斷點谷饿，來查看程序的函數(shù)調(diào)用棧：

image

image

從圖中能看到惶我，Runloop 是從 11 開始的，于是從源碼中搜索 CFRunLoopRunSpecific 函數(shù)博投，這里只探究內(nèi)部主要邏輯绸贡，其他細節(jié)不看，下面是精簡后的函數(shù)：

SInt32 CFRunLoopRunSpecific(CFRunLoopRef rl, CFStringRef modeName, CFTimeInterval seconds, Boolean returnAfterSourceHandled) {     /* DOES CALLOUT */
    // 根據(jù) modeName 獲取currentMode
    CFRunLoopModeRef currentMode = __CFRunLoopFindMode(rl, modeName, false);
    // 設(shè)置 Runloop 的 Model
    CFRunLoopModeRef previousMode = rl->_currentMode;
    rl->_currentMode = currentMode;
    // 通知 Observers： 即將進入 RunLoop
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopEntry);
    // 進入 runloop
    result = __CFRunLoopRun(rl, currentMode, seconds, returnAfterSourceHandled, previousMode);
    // 通知 Observers： RunLoop 即將退出
    __CFRunLoopDoObservers(rl, currentMode, kCFRunLoopExit);
    return result;
}

然后再進入 __CFRunLoopRun(...) 函數(shù)查看內(nèi)部精簡后的主要邏輯源碼：

static int32_t __CFRunLoopRun(CFRunLoopRef rl, CFRunLoopModeRef rlm, CFTimeInterval seconds, Boolean stopAfterHandle, CFRunLoopModeRef previousMode) {
    int32_t retVal = 0;
    do {
        // 通知 Observers: 即將處理 Timers
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeTimers);
        // 通知 Observers: 即將處理 Sources
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeSources);
        // 處理 Blocks
        __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        // 處理 Sources0
        if (__CFRunLoopDoSources0(rl, rlm, stopAfterHandle)) {
            // 處理 Blocks
            __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);
        }

        // 判斷有無 Sources1
        if (MACH_PORT_NULL != dispatchPort && !didDispatchPortLastTime) {
            // 跳轉(zhuǎn)到 handle_msg 處理 Sources1soso
            goto handle_msg;
        }
        // 通知 Observers: 即將休眠
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopBeforeWaiting);
        // 開始休眠
        __CFRunLoopSetSleeping(rl);

        // 等待消息喚醒當(dāng)前線程
        __CFRunLoopServiceMachPort(waitSet, &msg, sizeof(msg_buffer), &livePort, poll ? 0 : TIMEOUT_INFINITY);
        // 結(jié)束休眠
        __CFRunLoopUnsetSleeping(rl);
        // 通知 Observers: 結(jié)束休眠
        __CFRunLoopDoObservers(rl, rlm, kCFRunLoopAfterWaiting);

    // 處理
    handle_msg:;
        // 被 timer 喚醒
        if (rlm->_timerPort != MACH_PORT_NULL && livePort == rlm->_timerPort) {
            // 處理 timer
            __CFRunLoopDoTimers(rl, rlm, mach_absolute_time())
        }
        // 被 gcd 喚醒
        else if (livePort == dispatchPort) {
            // 處理 gcd
            __CFRUNLOOP_IS_SERVICING_THE_MAIN_DISPATCH_QUEUE__(msg);
        // 被source1喚醒
        } else {
            __CFRunLoopDoSource1(rl, rlm, rls, msg, msg->msgh_size, &reply);
        }

        // 處理 Blocks
        __CFRunLoopDoBlocks(rl, rlm);

        // 設(shè)置返回值
        if (sourceHandledThisLoop && stopAfterHandle) {
            retVal = kCFRunLoopRunHandledSource;
        } else if (timeout_context->termTSR < mach_absolute_time()) {
            retVal = kCFRunLoopRunTimedOut;
        } else if (__CFRunLoopIsStopped(rl)) {
            __CFRunLoopUnsetStopped(rl);
            retVal = kCFRunLoopRunStopped;
        } else if (rlm->_stopped) {
            rlm->_stopped = false;
            retVal = kCFRunLoopRunStopped;
        } else if (__CFRunLoopModeIsEmpty(rl, rlm, previousMode)) {
            retVal = kCFRunLoopRunFinished;
        }
    } while (0 == retVal);
    return retVal;
}

可以看到 Runloop 內(nèi)部確實是一個循環(huán)毅哗，并且听怕，喚醒 RunLoop 的方式有 mach port 、Timer 和 dispatch

虑绵。筆者最初在疑惑一個問題尿瞭，上面的函數(shù)調(diào)用棧是一個點擊屏幕后的響應(yīng)事件，可以看出這里是 sources0 翅睛，明明是一個觸摸事件為什么不是 sources1 呢声搁，筆者猜測 sources1 這里喚醒了 Runloop ，因為 sources0 是無法喚醒 runloop 的捕发，然后再在 sources0 的回調(diào)中處理的點擊事件疏旨。

RunLoop 中的 mach port
這里由于目前筆者水平有限，只能夠理解到 mach port 是一個可以控制硬件和接受硬件反饋的一個系統(tǒng)扎酷，然后可以通過它將來自硬件的操作轉(zhuǎn)化成熟知的 UIEvent 事件等等檐涝。

總結(jié)
這篇文章主要講解了 Runloop 到底是一個什么東西，當(dāng)然 Runloop 的知識不僅僅只有這篇文章這點。例如實際用處中的線程彼瘢活（AFNetworking 2.x 版本中）拉岁，滑動時 Timer 怎么不被停止，自動釋放池的實現(xiàn)等等都用到了 Runloop 惰爬。